列控維護數據解析工具的研究與實現

張 金

(1．北京全路通信信號研究設計院集團有限公司，北京 100070；2．北京市高速鐵路運行控制系統工程技術研究中心，北京 100070)

1 概述

為滿足控車要求，列控中心與車站計算機聯鎖、臨時限速服務器、ZPW-2000A軌道電路、軌旁電子單元（LEU）、調度集中系統站機、集中監測系統等多個設備通信，確保系統間安全通信和數據交換通信并獲取信息。其中，集中監測系統是保證行車安全、監測信號設備狀態、發現信號設備隱患、輔助故障處理、指導現場維修等的重要設備。

現場工作人員依據《列控中心與監測維護機接口數據格式細化V0.0.1》與《關于印發《高鐵列控中心接口暫行技術規范》的通知》（鐵總運[2015]75號）協議，將列控中心每400 ms發送給監測維護機8 192 Byte數據，即列控維護數據（簡稱8K區數據）進行人工解析， 從而分析信號設備故障原因。

隨著軌道交通的不斷發展，企業的產品和業務不斷拓展，人工對列控維護數據進行解析并排查故障已不能滿足現場需求?；谏鲜鲆蛩?，為緩解人工工作量和生產壓力等問題，亟需研制一套能夠幫助售后人員快速定位設備問題區，解析設備故障的有效工具。列控維護數據解析工具是對現場采集的列控維護數據進行解析，解析數據與協議內容進行自動匹配并顯示在人機界面供現場人員快速定位設備問題區，故數據解析過程如圖 1所示。

圖1 數據解析過程Fig.1 Process of data parsing

2 工具總體設計

2.1 列控維護數據解析工具研發內容

列控維護數據解析工具為使現場人員對采集數據進行快速解析，提供數據導入與解析兩大功能。

1） 導入功能

分別提供單系和雙系的8 K數據文件導入功能和第一分冊/第七分冊/TCC接口表等文件的導入讀取功能。

2） 解析功能需求

單系數據解析功能：加載單系數據文件，需要匹配Excel表時加載對應的Excel表。加載完畢后界面顯示對應的協議數據包名稱，用戶勾選數據包，工具解析該數據包數據，同時顯示在數據解析界面。提供標記變化數據包功能，供用戶快速定位發生變化的數據位置;

雙系數據解析功能：加載雙系數據文件，需要匹配Excel表時加載對應的Excel表。加載完畢后對比兩系數據，找出不同步時間點，不一致時間點，在界面顯示，供用戶定位兩系不同步時間點。

列控維護數據解析工具的功能流程如圖 2所示。

圖2 列控維護數據解析工具功能流程示意Fig.2 Flowchart of train control maintenance parsing tool

2.2 系統結構設計

為了具有較高的可靠性、可用性以及可維護性，本工具在軟件結構設計中考慮后續功能的擴展性，采用將結構化與面向對象相結合的方法進行設計。

考慮到列控中心與監測維護機接口數據格式在后續有擴展變化的可能性，故將協議按照一定規則編寫成配置文件，可解析多種不同協議，不修改或者盡量少修改代碼，僅修改協議配置文件，即可適配新的協議解析需求。這種結構設計既保證了程序設計的高交互性與高重用性，也使工具的適應性得到很大提升。

本工具的系統架構如圖3所示，主要采用Python做為編程語言，可以輕松駕馭Windows，Linux，Mac等主流操作系統，可移植性極強。

圖3 工具系統架構Fig.3 Software architecture diagram

3 應用與實現

列控維護數據解析工具可實現對單、雙系數據解析，并自動匹配協議內容，對變化數據包進行自動標識。本文以北辛店線路所的8 K區數據作為輸入數據為例，分別介紹協議配置以及單、雙系數據解析應用。

3.1 協議配置

8K協議主要參考《列控中心與監測維護機接口數據格式細化》和《關于印發《高鐵列控中心接口暫行技術規范》的通知》（鐵總運[2015]75號），協議大致分為基本信息、邏輯檢查信息、通道狀態、與聯鎖接口信息、與TSRS接口信息、與TCC接口信息、與CTC接口信息這7類。為將這7大類協議配置至配置文件中，并方便后續的擴展變化，主要記錄了協議的字節偏移量、循環名稱、字節個數、子節點個數、需要配置的Excel的名稱以及對應列、替換的規則、所占位長度、解析順序、狀態信息和狀態信息碼等。

以基本信息下的PIO驅動和采集信息為例，PIO驅動信息的首地址為3 600，一個機籠包含5塊板，一塊板共32個驅采點，采集在驅動之后，因而采集的首地址為驅動首地址加上該站所有PIO板，即采集首地址=3 600+20×N。其中，N為該站配置PIO機籠個數，每個機籠可插入5對PIO板，1 bit為驅動/采集吸起，0 bit為驅動/采集落下。PIO解析結果對應的點位名稱為《TCC接口文件-第七分冊-集中監測接口表-列控信息分冊-XX站》中的“PIO驅動配置表”，具體的地址配置格式如表 1所示。

表 1 PIO驅動和采集協議信息Tab.1 The protocol of PIO’s drive acquisition

因此，根據協議將PIO驅動/采集的配置信息進行編制。以“offset”代表該協議的首地址，“bytecount”和“namecount”分別表示該協議所占字節數和子節點個數，N表示該站所配置的PIO機籠個數,“matchname”表示協議對應的標題列，用“@”來動態替換籠號、板號及接點號，具體的PIO驅動配置示例如下：

協議的格式分為兩大類，一類為二級協議，如基本信息→PIO驅動信息；另一類為三級協議，如與CTC接口信息→接收CTC信息→數據包描述信息。對于第二種類型的協議，直接進行下一級拓展即可。

3.2 單、雙系數據解析

列控維護數據解析工具的文件上傳功能集成了原有8KDAT文件解壓縮工具，可以加載列控維護數據.dat文件，也可以直接加載解壓縮后的.txt文件，選擇需要解析的時間范圍，界面默認數據包中的起止時間，也可限制數據查看的時間范圍。

單系數據解析提供協議結構樹、變化協議樹、只顯示變化項、顯示全部數據、隱藏數據列等功能，如圖 4所示。

圖4 單系解析界面Fig.4 The graphical interface of single-file parsing

雙系數據解析提供變化時間、雙系不同步時間、雙系數據同步選擇對比、雙系同步解析、自身上下數據包對比等功能，如圖 5所示。

圖5 雙系解析界面Fig.5 The graphical interface of double-file parsing

4 結論

列控維護數據解析工具主要實現篩選變化數據包、協議以及對數據進行協議對照解析，同時匹配工程手冊的第一分冊、第七分冊和TCC接口表進行替換，解決了人工對解析協議的難題。目前，列控維護數據解析工具已投入使用，且隨著工具的功能不斷完善，現場人員故障分析效率顯著提高，現已成為售后人員在現場分析設備故障時不可或缺的一部分。